PENGARUH KARAKTERISTIK LITOLOGI TERHADAP LAJU INFILTRASI, STUDI KASUS DAERAH NGALANG DAN SEKITARNYA, KECAMATAN GEDANGSARI, KABUPATEN GUNUNG KIDUL, DAERAH ISTIMEWA YOGYAKARTA Ading Tri Yangga * Wawan Budianta Departemen Teknik Geologi, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Jl. Grafika 2 Kampus UGM, Yogyakarta, 55281. Tel. 0274-513668 *Corresponding author : ading_triyangga@gmail.com SARI Daerah penelitian berlokasi di daerah Ngalang dan sekitarnya, Kecamatan Gedangsari, Kabupaten Gunung Kidul, Daerah Istimewa Yogyakarta. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh karakteristik litologi dari litologi yang ada pada daerah penelitian terhadap laju infiltrasi. Sebelum melakukan pengukuran laju infiltrasi dan pengambilan sampel, terlebih dahulu dilakukan penentuan titik titik lokasi pengukuran yang memiliki profil tanah yang cukup ideal. Selanjutnya dilakukan pengukuran laju infiltrasi pada horizon A dengan menggunakan infiltrometer. Kemudian dilakukan pengambilan juga sampel tanah untuk uji laboratorium yang meliputi uji kandungan mineralogi dengan analisis XRD, uji granulometri, uji porositas, uji permeabilitas serta uji kandungan bahan organik tanah. Hasil penelitian menunjukkan daerah penelitian memiliki 4 jenis litologi yaitu breksi andesit, batugamping packestone, batupasir, dan batupasir karbonatan. Dari keempat litologi tersebut, nilai laju infiltrasi rata rata terbesar dimiliki oleh litologi tanah lapukan breksi andesit, kemudian diikuti oleh litologi tanah lapukan batugamping packestone, lapukan batupasir dan selanjutnya adalah tanah lapukan batupasir karbonatan. Setiap jenis litologi mempunyai karakteristik litologi yang mempengaruhi nilai laju infiltrasi. Setelah dilakukan analisis laboratorium, karakteristik litologi yang mempengaruhi laju infiltrasi yaitu ukuran butir, porositas-permeabilitas, dan, sedangkan kandungan C organik tidak memberikan pengaruh karena nilai yang relatif sama (di bawah 2%). I. PENDAHULUAN Tanah hasil pelapukan batuan induk yang belum tertransportasi yang disebut sebagai tanah in situ, memiliki karakteristik litologi yang berbeda-beda tergantung dari jenis batuan induknya. Karakteristik tersebut meliputi ukuran butir, porositas dan permeabilitas, kandungan, dan kandungan C organik. Karakteristik litologi tersebut mempunyai pengaruh terhadap nilai laju infiltrasi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh karakteristik litologi dari jenis jenis litologi yang ada pada daerah penelitian terhadap laju infiltrasi. Daerah penelitian berlokasi di daerah Ngalang dan sekitarnya, Kecamatan Gedangsari, Kabupaten Gunung Kidul, 346 Daerah Istimewa Yogyakarta dan memiliki empat jenis litologi yang mewakili dari formasi Pegunungan Selatan, dari yang tertua yaitu Formasi Nglanggran, Formasi Sambipitu, Formasi Oyo dan formasi termuda yaitu Formasi Wonosari. Tingginya tingkat intensitas pelapukan pada daerah penelitian dan relief yang tidak terlalu curam membuat tanah pada daerah penelitian cukup tebal. Kondisi tersebut membuat penelitian cocok untuk dilakukan penelitian ini. Kondisi litologi akan mencerminkan tanah permukaan pada zona tak jenuh (unsaturated zone) yang sangat berpengaruh pada pergerakan air dalam profil tanah. Tinggi rendahnya pergerakan air yang melalui profil tanah ini bergantung pada sifat fisik tanah yang dimiliki (Triatmodjo, 2010).
II. KONDISI GEOLOGI REGIONAL Daerah penelitian menurut Surono dkk, 1992, menyatakan bahwa daerah penelitian tersusun oleh beberapa yaitu Formasi Nglanggran, Formasi Sambipitu, Formasi Oyo dan Formasi Wonosari. Formasi Nglanggran dicirikan oleh penyusun utama yaitu berupa breksi dengan penyusun material vulkanik. Bagian yang terkasar dari breksi hampir seluruhnya tersusun oleh bongkah-bongkah lava andesit dan juga bom andesit. Secara utama, Formasi Sambipitu tersusun atas litologi batupasir yang bergradasi menjadi batulanau atau batulempung. Pada bagian bawah, batupasirnyamasih menunjukkan sifat vulkanik dan semakin ke atas sifat vulkanik ini berubah menjadi batupasir yang bersifat gampingan. Formasi Oyo tersusun atas litologi dari batugamping dan batunapal. Bagian terbawah dari Formasi Oyo Wonosari terdiri dari batugamping berlapis dengan teksturbergradasi normal. Pada Formasi Wonosari, tersusun oleh batugamping terumbu yang berupa batugamping rudstone, framestone, dan floatstone. III. SAMPEL DAN METODE PENELITIAN Sebelum melakukan pengukuran laju infiltrasi dan pengambilan sampel, terlebih dahulu dilakukan penentuan titik titik lokasi pengukuran yang memiliki profil tanah yang cukup ideal, seperti terlihat pada gambar 2 dan 3. Setiap satuan litologi dapat diwakilkan minimal 3 titik pengukuran, terlihat pada gambar 1. Selanjutnya dilakukan pengukuran laju infiltrasi pada horizon A dengan menggunakan infiltrometer. Infiltrometer yang digunakan adalah tipe Turf-Tec, yang didesain secara khusus untuk memberikan pembacaan infiltrasi secara langsung di tempat. Metode ini dapat dilakukan dengan cara menempatkan / meletakkan infiltrometer di tanah yang akan diukur dan mengisi air pada cinchin sebanyak dua hingga tiga kali, yang memungkinkan air berinfiltrasi ke dalam tanah. Titik pengukuran laju infiltrasi diusahakan tidak terganggu oleh akar-akar 347 IV. pohon karena akan mempengaruhi hasilnya. Dari hasil pengukuran tersebut kemudian dicatat hasilnya dan juga didokumentasikan dengan kamera. Kemudian dilakukan pengambilan sampel tanah untuk uji laboratorium yang meliputi uji kandungan mineralogi dengan analisis XRD, uji granulometri, uji porositas, uji permeabilitas serta uji kandungan bahan organik tanah. DATA DAN ANALISIS Kondisi litologi daerah penelitian tersusun atas empat satuan geologi yang mewakili beberapa formasi Pegunungan Selatan, yaitu Satuan Breksi Andesit (Formasi Nglanggran), Satuan Batupasir (Formasi Sambipitu), Satuan Batupasir Karbonatan (Formasi Oyo), dan Satuan Batugamping Packestone (Formasi Wonosari), terlihat pada gambar 1. Penelitian kali ini pengambilan data dilakukan sebanyak 13 titik pengamatan yang terbagi merata pada setiap satuan litologi (gambar 1). Setelah melakukan pengamatan litologi dan pengukuran laju infiltrasi di 13 titik lokasi pengamatan dengan masing masing titik lokasi dilakukan sebanyak tiga kali pengukuran laju infiltrasi, maka didapatkan nilai laju infiltrasi rata rata. Hasil pengamatan dan pengukuran laju infiltrasi tersebut dapat dirangkum ke dalam tabel 1. Hasil uji granulometri yang ditunjukkan pada tabel 1 dan dapat dilihat bahwa hampir seluruh sampel yang diambil merupakan jenis tanah pasir (> 90% pasir), kecuali pada STA 11 dan STA 13 yang memiliki jenis tanah pasir lempungan/ loamy sand. Tanah pasir mempunyai laju infiltrasi yang lebih besar daripada tanah pasir bertanah liat. Hal ini disebabkan oleh kapasitas infiltrasi pada fraksi pasir lebih besar dibandingkan dengan kapasitas infiltrasi pada fraksi lanau/ lempung. Hal ini juga didukung oleh dari data laju infiltrasi yang diukur saat di lapangan. STA 11 memiliki batuan induk batugamping packestone dan memiliki nilai laju infiltrasi rata rata terkecil yaitu sebesar 4,67 inchi/jam, dibandingkan dengan dua pengukuran lainnya dengan batuan induk yang sama yaitu STA 7 dan STA 8 yang
masing masing memiliki nilai laju infiltrasi rata rata sebesar 16,98 inchi/ jam dan 20,36 inchi/ jam. Begitu juga pada STA 13 dengan litologi batuan induk batupasir karbonatan yang memiliki nilai laju infiltrasi rata rata terkecil dibandingkan dengan dua titik pengukuran lainnya dalam batuan induk yang sama. Nilai laju infiltrasi rata rata STA 13 sebesar 6,27 inchi/ jam, sedangkan dua titik pengukuran lainnya memiliki nilai laju infiltrasi rata rata sebesar 8,00 inchi/ jam (STA 9) dan 8,53 inchi/ jam (STA 10). Dari dua kasus tersebut, dapat disimpulkan bahwa jenis tanah berpengaruh dalam laju infiltrasi, yaitu jenis tanah pasir memiliki nilai laju infiltrasi lebih besar daripada jenis tanah pasir lempungan. Uji XRD menunjukkan pada STA 4 menunjukkan jenis kaolin. STA 11 menunjukkan mineral lempung jenis kaolin dan smektit, juga terdapat kristobalit yang masih merupakan mineral primer. STA 12 menunjukkan jenis kaolin dan ilit, dan pada STA 13 menunjukan jenis smektit dan juga terdapat kristobalit. Jenis yang terdapat pada keempat sampel hampir seluruhnya terdapat jenis kaolin. Selain kaolin, kehadiran jenis lainnya hanya jenis ilit dan smektit. Kehadiran jenis kaolin dan smektit ilit, diyakini memberikan pengaruh terhadap laju infiltrasi terkait karena karakteristiknya. Uji porositas dan permeabilitas menunjukkan jenis litologi tanah lapukan batupasir, STA 4 memiliki nilai porositas dan permeabilitas terbesar yaitu 53,42% dan 20,09 x 10-6 cm/ detik.sementara itu, STA 1 memiliki nilai porositas dan permeabilitas terkecil yaitu 47,03% dan 4,518 x 10-6 cm/ detik. Pada jenis litologi tanah lapukan breksi andesit, STA 5 memiliki nilai porositas dan permeabilitas tertinggi yaitu masing masing 51,12% dan 9,756 x 10-6 cm/ detik. Pada STA 12 memiliki nilai porositas dan permeabilitas terendah yaitu masing masing 47,65% dan 0,9392 x 10-6 cm/ detik. Permeabilitas STA 12 sangat kecil apabila dibandingkan dengan dua STA lainnya yaitu 9,756 x 10-6 cm/ detik dan 8,859 x 10-6 cm/ detik. Pada jenislitologi 348 tanah lapukanbatugamping, nilai porositas terkecil sebesar 53,65% yaitu pada STA 7 dan nilai porositas terbesar sebesar 60,89% yaitu pada STA 11. Sedangkan untuk nilai permeabilitas, nilai terendah dimiliki pada STA 11 yaitu dengan nilai 11,28 x 10-6 cm/ detik dan nilai terbesar dimiliki pada STA 8 yaitu dengan nilai 20,00 x 10-6 cm/ detik. Pada jenislitologi tanah lapukan batupasir karbonatan, nilai porositas terendah dimiliki pada STA 10 yaitu 54,28% dan porositas terbesar dimiliki pada STA 9 dengan nilai 58,43%. Kemudian untuk nilai permeabilitasnya, nilai terkecil terdapat pada STA 13 yaitu dengan nilai 11,84 x 10-6 cm/ detik sedangkan nilai terbesar pada STA 10 yaitu 18,61 x 10-6 cm/ detik. Uji kandungan organik ditunjukkan pada Tabel III.7 dan dapat dilihat nilai persentase kandungan C organik berkisar di ± 1%. Nilai terbesar yaitu 2,20% yaitu pada STA 2 dan nilai terendah yaitu 0,81% pada STA 13. Nilai kisaran di atas termasuk golongan rendah kandungan C organik yaitu di bawah 2%. V. DISKUSI Hasil analisis laboratorium yang telah dilakukan yaitu analisis karakteristik litologi terhadap keempat jenis litologi, yaitu ukuran butir/jenis tanah, porositas dan permeabilitas, kandungan (uji XRD), dan kandungan C organik dimana hasil dari uji kandungan C organik tidak menunjukkan perbedaan signifikan atau relatif sama (di bawah 2%). Nilai yang tidak bervariatif tersebut menyebabkan tidak dapat diketahuinya seberapa banyak atau seberapa besar pengaruhnya terhadap laju infiltrasi. Kandungan C organik berpengaruh terhadap kesuburan tanah. Kandungan C organik yang tinggi pada suatu tanah menyebabkan tanah tersebut subur. Tanah yang subur memiliki laju infiltrasi yang lebih besar daripada tanah yang tidak subur. Pada daerah penelitian, keadaan tanah sangat kering dan tidak subur. Hal tersebut terbukti dengan kandungan C organiknya yaitu di bawah 2%. Menurut BPTP Yogyakarta, nilai tersebut merupakan nilai yang sangat rendah. Persentase kandungan C organik yang sangat rendah dan
hampir sama seluruhnya tersebut, kemungkinan disebabkan oleh faktor iklim pada daerah penelitian.pada daerah penelitian, intensitas pelapukan yang terjadi tinggi, dan juga pada titik titik lokasi pengamatan merupakan lahan terbuka yang tidak tersentuh oleh manusia. Karakteristik litologi berikutnya yaitu porositas dan permeabilitas, hasil analisis laboratorium menunjukkan nilai yang berbeda beda pada tiap stasiun pengamatan pada masing masing jenis litologi. Sehingga karakteristik litologi ini mempunyai pengaruh yang paling besar terhadap laju infiltrasi dan juga merupakan karakteristik litologi yang paling jelas diamati pengaruhnya. Dilihat dari keempat jenis litologi pada daerah penelitian, karakteristik litologi porositas dan permeabilitas, khususnya permeabilitas, mempunyai hubungan berbanding lurus terhadap nilai laju infiltrasi. Hal tersebut dapat dilihat dari grafik grafik perbandingan antara permeabilitas dengan laju infiltrasi. Karakteristik litologi ukuran butir merupakan karakteristik litologi kedua yang mempunyai pengaruh dalam penentuan laju infiltrasi. Karakteristik litologi ukuran butir yang berujung penentuan jenis tanah dengan menggunakan klasifikasi USDA, juga menunjukkan klasifikasi yang hampir sama pada setiap stasiun pengamatan. Dari 13 STA yang ada pada daerah penelitian, 11 STA memiliki jenis tanah pasir (klasifikasi USDA). Namun terdapat dua stasiun pengamatan yang menunjukkan klasifikasi yang berbeda dari 11 stasiun pengamatan lainnya. Hal ini mendukung teori yang menunjukkan memberikan pengaruh terhadap laju infiltrasi.jenis tanah pasir lempungan mempunyai kapasitas infiltrasi lebih kecil daripada jenis tanah pasir sehingga jenis tanah pasir mempunyai laju infiltrasi yang lebih besar dibandingkan dengan jenis tanah pasir lempungan. Hal ini telah dibuktikan pada jenis litologi tanah lapukan batugamping packestone dan litologi tanah lapukan batupasir karbonatan. Pada kedua jenis litologi tersebut, hadir jenis tanah pasir lempungan (loamy sand) (klasifikasi USDA). Pada stasiun pengamatan dengan jenis tanah loamy sand, nilai laju infiltrasi selalu yang terkecil pada jenis litologi tersebut. Kehadiran jenis tanah loamy sand keduanya ditemukan pada jenis litologi yang mengandung unsur karbonat, yaitu pada tanah lapukan batugamping packestone dan batupasir karbonatan. Kemungkinan lempung (loam) yang hadir lebih banyak tersebut disebabkan karena lapukan karbonat tersebut. Jadi kemungkinan besar, tanah lapukan dari batuan induk yang bersifat karbonatan/ gampingan, mempunyai laju infiltrasi yang relatif kecil. Hasil pengamatan XRD, jenis yang terdapat pada daerah penelitianyaitu kaolin, smektit, dan ilit. Kehadiran ketiga jenis mineral lempung tersebutkemungkinan besar disebabkan oleh intensitas pelapukannya. Smektit dan ilit terbentuk pada intensitas pelapukan yang rendah. Sedangkan kaolin terbentuk pada intensitas pelapukan yang lebih tinggi. Namun hal itu tidak menutup kemungkinan untuk terbentuknya kaolin dan ilit atau kaolin dan smektit terdapat pada satu jenis litologi. Mineral lempung mempunyai pengaruh terhadap nilai porositas dan permeabilitas terkait dengan karakteristik nya yang berujung memberikan pengaruh terhadap laju infiltrasi. Pada STA 12 yaitu jenis litologi tanah lapukan breksi andesit, nilai permeabilitasnya sangat kecil dibandingkan dengan permeabilitas kedua belas STA lainnya, bahkan merupakan nilai permeabilitas terkecil pada daerah penelitian, yaitu 0,9392 x 10-6 cm/detik. Pengamatan XRD yang dilakukan pada STA 12 menunjukkan jenis yang terdapat yaitu kaolin dan ilit. Kehadiran jenis tersebut diduga menjadi penyebab rendahnya nilai permeabilitas pada STA 12. Hal ini disebabkan karena pertama sifat adsorpsi air dan ekspansi dari ilit yang menyebabkan penyumbatan pori pori (pengurangan permeabilitas ini sebagian besar bersifat reversibel, dan kedua adalah pergerakan fisik kaolin yang menutupi pori pori (pengurangan permeabilitas ini sebagian besar bersifat tidak reversibel) (Morris dan Shepperd, 1982). Kedua hal tersebut tentunya 349
VI. juga mempengaruhi nilai porositas dan permeabilitas semua stasiun pengamatan, meskipun tidak diketahui seberapa besar pengaruhnya terhadap masing masing stasiun pengamatan tersebut. Hasil pembahasan ini ditunjukkan dalam tabel 1. KESIMPULAN Daerah penelitian memiliki 4 jenis litologi yaitu breksi andesit, batugamping packestone, batupasir, dan batupasir karbonatan. Dari keempat litologi tersebut, yang memiliki nilai laju infiltrasi rata rata terbesar ialah litologi tanah lapukan breksi andesit dengan nilai 14,54 inchi/jam. Kemudian diikuti oleh litologi tanah lapukan batugamping packestone dengan nilai laju infiltrasi rata rata 14,00 inchi/jam; litologi tanah lapukan batupasir dengan nilai 8,71 inchi/jam; dan nilai laju infiltrasi rata rata terkecil dimiliki oleh litologi tanah lapukan batupasir karbonatan dengan nilai 7,6 inchi/jam. Setiap jenis litologi mempunyai karakteristik litologi yang mempengaruhi nilai laju infiltrasi. Karakteristik litologi tersebut ialah ukuran butir/jenis tanah, permeabilitas dan porositas, jenis, dan kandungan bahan C organik. Setelah dilakukan analisis laboratorium dan pembahasan, karakteristik litologi yang mempengaruhi laju infiltrasi yaitu ukuran butir, porositas-permeabilitas, dan mineral lempung, sedangkan kandungan C organik tidak memberikan pengaruh karena nilai yang relatif sama (di bawah 2%). DAFTAR PUSTAKA Asdak, C, 1995, Hidrologi dan Pengolaan Daerah Aliran Sungai, Gadjah Mada University Press., Yogyakarta Foth, H.D, 1990, Fundamentals of Soil Science 8 th Edition, John Wiley & Sons Inc., New York. Maro ah, S, 2011, Kajian Laju Infiltrasi dan Permeabilitas Tanah pada Beberapa Model Tanaman, Skripsi, Universitas Sebelas Maret, (tidak dipublikasikan) Morris, K. A. dan C. M. Shepperd. 1982. The Role of Clay Minerals in Influencing Porosity and Permeability Characteristics in the Bridport Sands of Wytch Farm, Dorset. London: Exploration Department, Gas Council (Exploration) Ltd. Surono, Toha, B., Sudarno, 1992, Peta Geologi Lembar Surakarta Giritontro, Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi, Direktorat Geologi, Bandung Triatmodjo, B, 2010. Hidrologi Terapan, Beta Offset, Yogyakarta Van Bemmelen, R.W, 1949, The Geology of Indonesia Vol 1A, Government Printing Office, The Hauge 350
Tabel 1. Rangkuman Hasil Pengujian Laboratorium STA Litologi Jenis tanah 5 3 12 8 7 11 Breksi Andesit Breksi Andesit Breksi Andesit Batugamping Packestone Batugamping Packestone Batugamping Packestone Porositas (%) Permeabilitas (10-6 cm/det) Pasir 51,12 9,756 Pasir 48,47 8,859 Pasir 47,65 0,939 Pasir 55,40 20,00 Pasir 53,65 19,89 Pasir lempungan 60,89 11,28 Mineral lempung Ilit* Ilit* Ilit Smektit* Smektit* Smektit % C organik Laju infiltrasi rata-rata (inchi/jam) 1,05 21,58 1,42 15,36 1,3 6,67 1,3 20,36 1,15 16,98 1,35 4,67 4 Batupasir Pasir 53,42 20,09 Kaolin 0,89 9,87 6 Batupasir Pasir 51,92 9,213 Kaolin* 1,35 6,27 2 Batupasir Pasir 47,25 6,495 Kaolin* 2,2 5,73 1 Batupasir Pasir 47,03 4,518 Kaolin* 1,62 4,27 10 9 13 Batupasir karbonatan Batupasir karbonatan Batupasir karbonatan Pasir 54,28 18,61 Smektit* 1,42 8,53 Pasir 58,43 14,02 Smektit* 1,34 8 Pasir lempungan 57,19 11,84 Smektit 0,81 6,27 Faktor yang berpengaruh terhadap laju infiltrasi *diasumsikan sama 351
Gambar 1. Peta geologi daerah penelitian 352
Gambar 2. Foto dan sketsa STA 1 Gambar 3. Foto dan sketsa STA 4 353